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        • 頭條利用PLC與組態軟件設計的電機變頻調速系統
          2020-02-12 作者:王建偉、楊風 等  |  來源:《電氣技術》  |  點擊率:
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          導語本文以三相異步電動機為被控對象,介紹了利用PLC+變頻器實現對三相異步電動機的變頻調速控制。最后通過MCGS組態軟件建立PLC與上位PC機之間的通信連接,實現上位機監控,并能通過IE瀏覽器訪問實現遠程監控。

          隨著工業控制要求的不斷發展,對電機速度控制的要求也越來越高,交流調速的方法也越來越多?;赑LC可靠性高、抗干擾能力強 、系統的設計、建造工作量小,維護方便、容易改造的特點,本設計以PLC作為控制核心,結合變頻器、組態軟件等完成對電機速度的控制。

          組態軟件是一種數據采集與過程控制的專用軟件,它們是在自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境,使用靈活的組態方式,為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具。這樣基于MCGS組態軟件建立PLC與上位PC機之間的通信連接實現遠程操作控制,既可以改善操作人員的工作環境又可以提高工作的安全性。

          系統設計的總體構架

          通過對系統的總體分析,該變頻調速系統的設計實現過程分為三個步驟:

          1)基層PLC+變頻器實現對三相異步電動機的控制。

          2)基于MCGS實現PLC與上位PC機之間的通信連接,實現上位機監控。

          3)通過IE瀏覽器訪問實現遠程控制,可實現基于B/S模式的遠程監控。上位監控層中的PC機運行MCGS網絡版組態軟件,一方面可作為PLC下位機的監控和組態平臺另一方面由于MCGS網絡版組態軟件采用了先進的基于TCP/IP協議,可完成整個系統的信息收集和發布客戶端上只需運行IE瀏覽器,便通過Internet對現場的運行狀態進行瀏覽或控制。

          本系統的控制平臺分為三層:PLC控制層、上位機監控層、遠程監控層,如圖1所示。

          利用PLC與組態軟件設計的電機變頻調速系統

          圖1 電機變頻調速系統

          PLC+變頻器實現變頻調速

          本設計采用松下FP∑系列PLC和VF0系列變頻器實現對三相異步電動機電動機的變頻調速控制。我們將采用八段速、無極調速及采用光電編碼器的閉環控制方法實現對電機的控制。

          (1)八段速控制

          八段速控制就是在變頻器中設定八個頻率,通過PLC的八個控制按鈕輸入分別控制一種頻率輸出,即實現一個按鈕控制一種電機的轉速。

          具體實現過程如下:編寫PLC梯形圖程序使輸出端子Y0~Y2的輸出狀態組合成八種狀態,即000~111。每一種狀態用一個控制開關控制,這樣共有八個控制開關控制PLC 的Y0~Y2輸出的八種狀態。將PLC的三個輸出端子與變頻器的控制電路端子7~9依次相連。

          通過對變頻器P09、P32~P38參數的設定確定出各個狀態輸出頻率的大小,這樣就實現了每一個控制開關控制變頻器的一種輸出頻率,將變頻器與電動機連接起來,通過對八個控制開關的通斷控制就實現了PLC對電機的八段速控制。PLC控制程序如圖2所示。

          利用PLC與組態軟件設計的電機變頻調速系統

          圖2 八段速程序

          (2)無極調速控制

          本控制方案采用PWM技術對電機進行控制,PWM控制技術以其控制簡單,靈活和動態響應好的優點而成為電力電子技術最廣泛應用的控制方式,也是人們研究的熱點.由于當今科學技術的發展已經沒有了學科之間的界限,結合現代控制理論思想或實現無諧振軟開關技術將會成為PWM控制技術發展的主要方向之一.

          本方案所要實現的功能是結合組態軟件實現在上位機組態界面上輸入一個頻率來控制電機按這一頻率來運行。具體實現過程如下,通過軟件編程使PLC輸出一路PWM脈沖,連接于變頻器的控制電路端子的9號端子。改變PWM脈沖的占空比即可改變變頻器的輸出頻率,這樣我們就可以在組態軟件中通過設定PWM脈沖的占空比來確定電機的轉速。PLC控制程序如圖3所示:

          利用PLC與組態軟件設計的電機變頻調速系統

          圖3 無極調速程序

          (3)采用光電編碼器的閉環控制

          本方案采用增量式光電編碼器作為閉環控制的反饋輸入,具體實現過程如下所示:PLC控制電機按一速度運轉,用光電編碼器檢測電機當前轉一圈所產生的脈沖數,將它傳回給PLC。用PLC編程將脈沖數轉換成電機的轉速,然后與電機的預設值進行比較,若有偏差則通過PID算法將誤差消除,使電機能按照預定的轉速進行運轉。本方案的硬件連接圖如下圖4所示:

          利用PLC與組態軟件設計的電機變頻調速系統

          圖4 閉環控制連接圖

          監控系統設計

          1觸摸屏控制設計

          本設計采用型號為AIGT0030B1 POT GT01的松下觸摸屏 ,在計算機上通過它的支持軟件設計各個控制、說明及報警畫面,下載到觸摸屏后,再通過與PLC的通信來完成對電機的起停、正反轉及速度的控制操作。觸摸屏與PLC通過通信電纜連接。

          2基于MCGS組態軟件的上位機監控

          MCGS組態軟件系統是基于PC硬件、運行在windows平臺上的一種組態軟件,它由開發環境和運行環境構成,其中前者是應用程序的集成開發環境,在這個環境中完成界面的設計、變量的定義等工作,它具有先進完善的圖形生成功能;變量有多種數據類型,能合理的抽象被控對象的特性,對數據的報警、趨勢曲線、過程記錄、安全防范等重要功能有簡單的操作方法。

          組態運行環境,用于顯示畫面開發系統中建立的圖形畫面,并負責軟件與PLC之間的數據交換,實時更新變量的數值,同時完成報警顯示、歷史記錄查詢、趨勢曲線監視等功能,并可生成歷史數據文件。

          本系統的設計步驟如下:

          (1)在裝有網絡版MCGS組態軟件的計算機上打開該軟件,新建一個工程項目。利用組態軟件提供的繪圖工具構建監控系統的在操作界面。

          (2)在組態軟件中建立實時數據庫,用以實現MCGS與PLC之間進行數據交換。

          (3)建立MCGS與PLC之間通信連接,用松下編程電纜連接PLC與上位PC機。在組態軟件的設備窗口中加入通用串口父設備及松下PLC,通訊設置如表1。

          利用PLC與組態軟件設計的電機變頻調速系統

          表1 通訊設置

          組態完成之后,進入運行環境就能實現對電機的上位機監控功能。監控畫面如下圖6、圖7所示。

          利用PLC與組態軟件設計的電機變頻調速系統

          圖6 八段速控制界面

          利用PLC與組態軟件設計的電機變頻調速系統

          圖7 無極調速界面

          3 通過IE瀏覽器實現遠程監控

          MCGSWWW網絡版組態軟件具有Internet遠程瀏覽的功能,可通過IE瀏覽器對所建立的工程進行遠程瀏覽與操作控制。在作為上位監控的pc機上打開組態軟件,進入運行環境即可。

          遠程用戶只需打開IE瀏覽器,在地址欄直接輸入運行工程的用戶的IP就可以直接訪問此計算機,在操作首頁輸入自己的用戶名及密碼就能方便的瀏覽到工程中組態的畫面,對具有控制權限的人員還能實現遠程控制的功能。這樣就實現基于MCGS網絡版平臺的遠程監控功能。

          結束語

          綜上所述,通過PLC及變頻器的運用方便簡單的完成了對電機轉速的控制,減少了硬件電路的設計。另外,本系統結合目前比較流行的觸摸屏及組態軟件技術,使控制系統自動化程度提高,運行穩定可靠,抗干擾能力強,操作簡單、直觀,維修方便,減輕了工人的勞動強度,提高了效率,使其在工業環境中有更大的應用價值。本控制系統可根據不同的控制要求編制不同的控制程序,應用于不同的工業控制環境。

          (摘編自《電氣技術》,原文標題為“基于PLC與組態軟件的電機變頻調速系統”,作者為王建偉、楊風 等。)

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